Großformat-3D-Druck beschleunigt die Produktion von Feuerwehrfahrzeugen

3D Printing Fire Engine Production

Magirus nutzt den großformatigen 3D-Druck für das Prototyping und die Produktion von Löschfahrzeugen

Hinter jeder Feuerwehr, die zu Notfällen und Bränden ausrückt, steht ein Löschfahrzeug, und hinter jedem Löschfahrzeug steht ein Team von Ingenieuren, die hart daran arbeiten, die sichersten und leistungsfähigsten Fahrzeuge und Funktionen zu liefern. Und genau hier kommt Magirus ins Spiel. Das in Deutschland ansässige Unternehmen wurde 1864 von dem Feuerwehrmann Conrad Dietrich Magirus mit dem Ziel gegründet, Pionierarbeit bei der Entwicklung modernster Feuerwehrfahrzeuge und -produkte zu leisten. Heute, mehr als 150 Jahre später, hilft der großformatige 3D-Druck dem Unternehmen, diese Mission fortzusetzen und Lösungen für die Brandbekämpfung in die Zukunft zu bringen.

3D Printed Firetruck Parts at Magirus

3D-Druck in großem Maßstab läutet neue Ära für Prototypenbau von Löschfahrzeugen ein

Der 3D-Druck ist für Magirus nicht ganz neu. Das Unternehmen, das eine breite Palette von Feuerwehrausrüstungen anbietet (u. a. Feuerwehren-, Tanklöschfahrzeuge und Drehleitern), nutzt die Technologie seit 2015, um sein Prototyping und seine Produktentwicklung zu verbessern. Wie die meisten Anwender von 3D-Druckern arbeitete auch Magirus zunächst mit externen 3D-Druckdienstleistern zusammen. Als jedoch 2018 die Nachfrage nach großformatigen Prototypen stieg, beschloss das Unternehmen, in einen eigenen 3D-Drucker, den BigRep ONE, zu investieren.

Seitdem ist der 3D-Druck ein fester Bestandteil des Prototyping- und Produktentwicklungs-Workflows von Magirus geworden, insbesondere für die Herstellung von ästhetischen und ergonomischen Bauteilen mit einer Länge von mehr als 300 mm. Der Chefingenieur für Prototyping bei Magirus, Jens Krämer, und sein Team verwenden den BigRep ONE für den 3D-Druck von Funktionsprototypen, die auf LKWs montiert und getestet werden können, um das Design zu validieren, bevor mit der Werkzeugherstellung und Produktion begonnen wird.

"Vor dem 3D-Druck war die Herstellung von Prototypen sehr teuer", erklärt Krämer. Sein Team war auf Handlaminierung und Fräsverfahren angewiesen - beides zeit- und kostenaufwändige Verfahren zur Herstellung von Prototypen, bevor die endgültigen Werkzeuge hergestellt werden konnten.

Durch die Einbindung des 3D-Drucks in den Prototyping-Workflow konnte das Magirus-Team nicht nur seine Prototyping-Kosten drastisch senken (von fast hunderttausend Euro auf nur noch ein paar tausend Euro), sondern auch die Vorlaufzeiten für die Entwicklung von Bauteilen erheblich verkürzen. "Früher dauerte es 3-6 Monate, je nach Größe und Kapazität der Prototypenwerkstatt, jetzt ist es nur noch eine Frage der Druckzeit auf der Maschine, also nur noch ein paar Tage", sagt Krämer.

Die Zeit- und Kosteneinsparungen, die der Prototyping-Abteilung von Magirus durch den 3D-Druck möglich wurden, haben auch eine flexiblere Entwicklung von Komponenten ermöglicht, was dem Unternehmen hilft, die Bedürfnisse seiner Kunden aus der Feuerwehrbranche zu erfüllen. Mit anderen Worten: Der 3D-Druck in großem Maßstab ermöglicht Magirus die schnelle Herstellung und Validierung von Prototypen, was wiederum die Weiterentwicklung und Verbesserung seiner Feuerwehrfahrzeuge und -lösungen auf der Grundlage von Kundenfeedback erlaubt.

Schnelle Reaktion für die Produktion

Während Magirus seinen hauseigenen BigRep ONE 3D-Drucker hauptsächlich für die Herstellung von Prototypen einsetzt, beginnt der Hersteller von Feuerwehrfahrzeugen, die Technologie auch für die Kleinserienproduktion zu nutzen. Das erste 3D-gedruckte End-Use Part des Unternehmens durchläuft derzeit die letzten Phasen der Validierung für den Einsatz in Feuerwehrfahrzeugen.

Bei dem betreffenden Bauteil handelt es sich um einen Fensterrahmen für die Tür der Mannschaftskabine eines Feuerwehrfahrzeugs. Die Mannschaftskabine ist Teil eines Einsatzfahrzeugs und für mindestens neun Mannschaftsmitglieder ausgelegt. Für die Feuerwehrleute ist es wichtig, eine möglichst gute Sicht aus der Kabine zu haben, wenn sie sich dem Feuer bzw. dem Einsatzort nähern. Magirus wurde daher von seinen Kunden gefragt, ob der Einbau eines zusätzlichen Fensters in den Rahmen der Mannschaftskabinentür möglich ist, um die Sicht von innen zu verbessern.

Bei der Entwicklung des Fensters verwendete das Magirus-Team den BigRep ONE, um einen Prototyp des Rahmens zu drucken – ein dem Strukturelement, das die Außenschale der Tür mit der Innenseite verbindet. Die Qualität des Rahmen-Prototyps war schließlich so zufriedenstellend, dass das Team beschloss, auf die traditionelle Herstellung der Rahmen ganz zu verzichten und das Bauteil in 3D zu drucken. Das Serienteil, das etwa 800 x 600 x 150 mm misst, wurde mit einer höheren Auflösung als der ursprüngliche Prototyp 3D-gedruckt und aus einem hochtemperaturbeständigen kohlenstofffaserverstärkten Polymer, HI-TEMP CF, hergestellt.

"Da die Stückzahlen gering sind, haben wir mit der Vorserienproduktion [des Fensterrahmens] begonnen", sagt Harald Fitz, Chefingenieur für Standardfahrzeuge der Feuerwehr bei MAGIRUS. "Ebenfalls Teil unserer Arbeit ist das Testen und Validieren, denn das Bauteil muss stabil sein und den Bedingungen standhalten, unter denen die Feuerwehrleute ihre Fahrzeuge einsetzen. Dies ist derzeit noch nicht abgeschlossen, aber wir sind zuversichtlich, dass der Rahmen allen Tests, die wir durchführen, standhalten wird.“ Der 3D-gedruckte Fensterrahmen wird unter anderem auf Vibrations-, Stoß- und Hitzebeständigkeit getestet.

Durch den Einsatz von 3D-Druck für den Fensterrahmen profitierte Magirus nicht nur von einer schnelleren und kostengünstigeren Prototypenherstellung, sondern konnte diese Vorteile auch auf die Endproduktion übertragen. Vor allem aber hat das Unternehmen einen Weg gefunden, schneller / unmittelbarer auf die Wünsche seiner Kunden einzugehen, die sich auf die Produkte und Systeme des Unternehmens verlassen, um Leben zu retten.

3D Printer Producing Fire Truck Parts

BigRep ONE 3D-Drucker

Entscheidend für den erfolgreichen Einsatz des 3D-Drucks bei Magirus – sowohl für das Prototyping als auch für die Endproduktion – ist der BigRep ONE 3D-Drucker. Beim BigRep ONE handelt es sich um ein vom Berliner Unternehmen BigRep hergestellten großformatigen industriellen 3D-Drucker, von dem weltweit bereits über 400 Systeme im Einsatz sind.

Der Drucker zeichnet sich durch sein riesiges großes (oder enormes) Bauvolumen von insgesamt einem Kubikmeter und seiner Kompatibilität mit verschiedenen Polymerfilamenten aus – darunter PLA, TPU, PETG und HI-TEMP CF, einem kohlenfaserverstärktem Biopolymer in Ingenieurqualität. Im BigRep ONE sind außerdem zwei BigRep Power Extruder mit austauschbaren Düsengrößen integriert, die das Drucken mit zwei unterschiedliche Materialien oder die Verwendung von wasserlöslichen Stützstrukturen ermöglichen.

Für Magirus waren die Größe und die industriellen Fähigkeiten des BigRep ONE ausschlaggebend. Die Maschine eignet sich nicht nur für die Herstellung großformatiger Prototypen, die das Unternehmen für seine Feuerwehrfahrzeuge benötigt, sondern kann auch für die Produktion mehrerer kleinerer Komponenten – wie z. B. des Fensterrahmens – in einer Kleinserie verwendet werden. Die individuell anpassbaren Einstellungen des 3D-Druckers, wie z. B. der Auflösung, ermöglichen dem Unternehmen außerdem die schnelle Herstellung von Prototypen mit einer geringeren Auflösung und die Verbesserung der Druckqualität für End-use parts.

"Wie Sie sich aufgrund der Größe unserer Fahrzeuge vorstellen können, wurden auch die Teile, die wir benötigten, immer größer ", sagt Krämer. "Nach einer abschließenden Bewertung haben wir uns für den Kauf des BigRep ONE entschieden. Feuerwehrfahrzeuge sind das ein idealer Anwendungsfall für den 3D-Druck, da die Menge der produzierten Fahrzeuge groß ist und die hohe Individualisierung als auch die Digitalisierung schnelle Lösungen erfordern."

„Ich bin zuversichtlich, dass wir die Anzahl der mit dem BigRep ONE 3D-Drucker hergestellten Bauteile weiter erhöhen können", fügt Fitz hinzu. „Ausgehend vom Prototyping und dem ersten in Kleinserie gefertigten Teil kann ich mir durchaus vorstellen, dass wir in einzelnen Fällen oder für spezielle Teile komplett auf 3D-Druck umsteigen können.“

Mit anderen Worten: Dies ist erst der Anfang des Einsatzes von 3D-Druck in der Produktion von Magirus. Die 3D-Drucktechnologie hat das Potenzial, immer mehr Möglichkeiten für kundenspezifische Bauteile und Kleinserien für die Herstellung von Feuerwehrfahrzeugen zu bieten. Wer weiß, Vielleicht ist das nächste Magirus Feuerwehrauto, das Sie sehen, auch mit einem 3D-gedruckten Bauteil ausgestattet!

IN DEUTSCHLAND ENTWICKELT – ZUVERLÄSSIGKEIT ZUM ATTRAKTIVEN PREIS

Der BigRep ONE ist ein in Deutschland entwickelter Großformat-3D-Drucker für den Einsatz rund um die Uhr. Bisher wurden über 500 dieser kostengünstigen Systeme installiert, die sich bei Fertigungsunternehmen weltweit als zuverlässig erwiesen haben. Der ONE zeichnet sich durch ein großes Bauvolumen von 1 m³ und eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit aus, sodass Sie Ihre Entwürfe zuverlässig in Originalgröße herstellen können.

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IN DEUTSCHLAND ENTWICKELT – ZUVERLÄSSIGKEIT ZUM ATTRAKTIVEN PREIS

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Wie WAT die Qualitätssicherung mit 3D-gedruckten Werkzeugen für die Automobilproduktion rationalisiert

Die Einbindung des 3D-Drucks in die Produktentwicklungs- und Prototyping-Prozesse der Automobilindustrie ist heute eine weithin akzeptierte Strategie zur Reduzierung von Kosten und Vorlaufzeiten. Aber auch die späteren Phasen der industriellen Produktion sind reif für Innovationen im Bereich der additiven Fertigung. Ein Bereich mit schnellem Wachstum sind 3D-gedruckte Produktionswerkzeuge für den Einsatz in der Serienproduktion.

3D-gedruckte Produktionswerkzeuge reduzieren die Arbeitsvorgänge

Walter Automobiltechnik (WAT), ein in Berlin ansässiger Automobilhersteller, der sich auf die Produktion von Fahrzeugrahmen spezialisiert hat, vereinfacht die Arbeitsabläufe in seiner Produktion mit maßgeschneiderten 3D-gedruckten Werkzeugen drastisch. Die Produktionswerkzeuge, die von WAT mit dem industriellen 3D-Drucker BigRep ONE gefertigt wurden, sind in die Arbeitsabläufe der Qualitätssicherung implementiert und reduzieren den Zeitaufwand an den Kontrolllinien mit einfachen Prüfvorrichtungen, die halbautomatische Qualitätssicherungsprüfungen ermöglichen. Die Kontrollsysteme haben die Arbeitsschritte halbiert, wodurch Mitarbeiter Zeit gewinnen und die Zeit für die Auftragsabwicklung reduziert wird.

Automotive 3D Printing - Improving Factory Workflows with Custom-Fit Jigs and Fixtures

"Die Kundenerwartung an die Qualität ist das eine, die Kundenerwartung an die Projektlaufzeit zur Lieferung von Bauteilen wird immer kürzer", sagt Martin Münch, Leiter der Konstruktion bei WAT. "Gerade hier hilft uns der 3D-Druck und der BigRep ONE sehr, die Zykluskosten des Projekts zu reduzieren."

Kostensenkung durch maßgeschneiderte Vorrichtungen mit 3D-Druckern

Durch den 3D-Druck von Montagevorrichtungen für ihre neuen Qualitätssicherungssysteme vermeidet WAT die erheblichen Kosten, die traditionell mit anwendungsspezifischen Industriewerkzeugen verbunden sind. Anstatt eine Werkstatt damit zu beauftragen, die Vorrichtungen manuell aus Aluminium oder anderen Metallen zu fertigen, nutzt WAT den BigRep ONE im eigenen Haus, um seine Arbeitsabläufe zu optimieren.

"Weil ich einen Kubikmeter drucken kann, kann ich wirklich große Komponenten herstellen - was man bei diesen Vorrichtungen sehen kann", sagt André Lenz, Techinker bei WAT und verantwortlich für das die Konstrucktion und den 3D-Druck von Werkzeugen für die Fertigung von WAT in Berlin. "Hätten wir sie zum Beispiel aus Stahl oder Aluminium hergestellt, wäre das unglaublich teuer und vor allem schwer gewesen und aus mehreren Teilen zusammengesetzt."

 

Automotive-Quality-Assurance-Production-Tools-WAT
Automotive-Manufacturing-tools-WAT

Wie bei vielen Unternehmen, die ihre industriellen Ausrüstung um einen großformatigen 3D-Drucker ergängen, ist der Prozess für WAT nicht mit dieser ersten Anwendung zu Ende. Lenz hat hilfreiche Hilfsmittel rund um die Anlage entworfen und gedruckt, von Ablagen bis hin zu Halterungen, um Werkzeuge in Reichweite zu halten.

 

Für WAT war die Entscheidung, in einen BigRep ONE für den 3D-Druck in der Automobilindustrie zu investieren, ein entscheidender Schritt. Sie haben die Kosten gesenkt und den Aufwand für wichtige Fertigungsprozesse reduziert, um ihr Produkt zu den Kosten und in der Zeit zu liefern, die ihre Kunden erwarten. Aber die Qualitätssicherung ist nur der Anfang, da WAT weitere Anwendungen für die additive Fertigung entwickelt, um effizientere Fertigungsprozesse in der Automobilindustrie zu schaffen.

IN DEUTSCHLAND ENTWICKELT – ZUVERLÄSSIGKEIT ZUM ATTRAKTIVEN PREIS

Der BigRep ONE ist ein in Deutschland entwickelter Großformatig-3D-Drucker für den Einsatz rund um die Uhr. Bisher wurden über 500 dieser kostengünstigen Systeme installiert, die sich bei Fertigungsunternehmen weltweit als zuverlässig erwiesen haben. Der ONE zeichnet sich durch ein großes Bauvolumen von 1 m³ und eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit aus, sodass Sie Ihre Entwürfe zuverlässig in Originalgröße herstellen können.

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AUTOTEILE AUS DEM 3D-DRUCKER FÜR SOLAR-AUTOS

3D Printed Solar Powered Car Prototype

3D-gedruckte Autoteile helfen Ingenieuren, schnell Prototypen von Solarautos zu bauen. Damit beschleunigen sie die Forschung, um Alternativen für fossile Kraftstoffe zu finden.

Der explosionsartig wachsende Trend zu Elektrofahrzeugen (EVs) macht den Weg frei für neue Methoden der Energieerzeugung. Weg von begrenzten, teuren und umweltschädlichen Ressourcen.

Da Strom immer noch größtenteils aus fossilen Brennstoffen wie Kohle und Erdgas erzeugt wird, bremst die Energieerzeugung die Reduzierung des CO2-Fußabdrucks von Elektrofahrzeugen.

Glücklicherweise verspricht die laufende Forschung an Autos mit integrierten Solarzellen neue Möglichkeiten bei Umweltschutz, Energieunabhängigkeit und dem ungehinderten Zugang zu Strom und Mobilität auf der ganzen Welt.

3D Printed Car Parts - Solar Car
Konzeptdarstellung des Solarautos Archimede von Futuro Solare für den Privatgebrauch

Angespornt durch globale Events wie das internationale Solarautorennen in Australien, die Bridgestone World Solar Challenge, arbeiten Ingenieure an Fahrzeugen mit integrierten Solarpanels.

BigRep und andere Sponsoren stellen den Forschern die Mittel zur Verfügung, um Solarautos zu konstruieren und zu testen, die an diesen Rennen teilnehmen. Die Fahrzeuge und ihr Konstruktionsprozess werden zwar für diese öffentlichen Veranstaltungen konstruiert, dienen jedoch dazu, die Forschung im Bereich der Solarfahrzeuge voranzutreiben. Das Ziel ist dabei immer diese Technologie für normale Verbraucher verfügbar zu machen.

Für einige Teams spielen die Industrie-3D-Drucker von BigRep eine wichtige Rolle bei der Entwicklung. Der fehlende Zugang zu teuren traditionellen Fertigungstechnologien stellt für die kleinen Teams, die an Solarfahrzeugen arbeiten, ein großes Hindernis dar. Glücklicherweise lässt sich die additive Fertigung leicht für die Herstellung von funktionellen Vorrichtungen, Prototypen und anderen 3D-gedruckten Autoteilen einsetzen.

3D-gedruckte Autoteile: Hitzebeständige Batteriehalterungen für Futuro Solare

Bei Futuro Solare, einem italienisch-sizilianischen Team von Ingenieuren und Solarfahrzeug-Enthusiasten, widmen sie sich der Aufgabe, fossile Brennstoffe aus dem Alltag zu verbannen. Wie viele andere Institutionen arbeiten sie auf dieses Ziel hin, indem sie solarbetriebene Fahrzeuge entwickeln.

3D Printed Car Parts: Battery Frame
Der Solarrennwagen Archimede 1 von Futuro Solare

Als die Gruppe mehrere Halterungen für den Batterieblock ihres Solarautos benötigte, steckte sie bei der Beschaffung in einem komplizierten Dilemma. Da ihr Rennwagen vollständig maßgeschneidert ist, gibt es auf dem Markt keine fertigen Bauteile zu kaufen. Schlimmer noch, da sich das Prototypen-Fahrzeug ständig verändert, besteht eine gute Chance, dass das Team bald eine weitere Überarbeitung der Vorrichtung benötigt: teure, speziell gefräste Vorrichtungen müssten komplett ersetzt werden. Das Team brauchte eine maßgeschneiderte Lösung, die erschwinglich und leicht ist. Was am wichtigsten ist, die Halterung muss der Hitze widerstehen können, die der Batterieblock oder andere Komponenten abgeben.

Futuro Solare wandte sich an NOWLAB, das Innovationslabor von BigRep, um geeignete Vorrichtungen aus einem hitzebeständigen Material, das ihren Anforderungen entspricht, in 3D zu drucken. BigReps HI-TEMP-Filament - ein erschwingliches Bio-Polymer, das in der Lage ist, Temperaturen bis zu 115 ˚C standzuhalten - war die perfekte Lösung. Die Vorrichtung wurde gedruckt und in Futuro Solares aktuelles Solarauto eingebaut. Sie wurde seitdem iimer wieder schnell und einfach aktualisiert, um sich an das ständig weiterentwickelnde Design anzupassen.

3D Printed Car Parts: Battery Frame
Printing battery block fixtures for Futuro Solare's Archimede.

Windkanal-Tests mit dem Team Sonnenwagen

Das Team Sonnenwagen, ein Solar-Rennteam der RWTH Aachen, bereitete sich auf sein zweites Jahr bei der World Solar Challenge vor. Nachdem die Ingenieure aus ihren Erfahrungen im Jahr 2017 gelernt hatten, wussten sie, wie wichtig es war, die Aerodynamik ihres Solar-Rennwagens vor dem Start des Rennens sorgfältig zu überprüfen. Leider war der Windkanal der Hochschule zu klein, um das Fahrzeug in Originalgröße zu testen. Das Team Sonnenwagen wandte sich an BigRep, um eine Lösung mittels additiver Fertigung zu finden.

Für das Team Sonnenwagen war es wichtig zu verstehen, wie sich das Fahrzeug angesichts der unterschiedlichen Kräfte, die bei einem Rennen auftreten, verhalten wird. Schließlich würde einer aus dem Team auf den Fahrersitz sitzen, um mit 140 km/h durch das australische Outback zu rasen. BigRep unterstützte das Team Sonnenwagen mit Hilfe unseres 3D-Druckservice - 3D PARTLAB.

Mit dem gewaltigen Bauvolumen unserer industriellen 3D-Drucker von einem Kubikmeter konnten wir ein perfektes Modell des Fahrzeugs im Maßstab 1:2,5 erstellen. In einem entsprechend verkleinerten Maßstab konnte das Team seine Konstruktion in den Windkanal der RWTH Aachen bringen und den Tests zur Vorbereitung auf das Rennen unterziehen. Mithilfe des Modells konnten sie den Abtrieb des Fahrzeugs validieren, den Luftwiderstand überprüfen und eine Vielzahl anderer aerodynamischer und Krafttests durchführen, die dem Team halfen, konkurrenzfähig und sicher zu bleiben.

3D Printed Car Prototype for Wind Tunnel Tests
Team Sonnenwagen uses smoke on their scaled solar racecar to asses the aerodynamics.

3D-gedruckte Autoteile lassen Solar-Autos wahr werden

Additive Fertigung spielt eine immer größere Rolle bei der Entwicklung von Spitzentechnologie. Solarbetriebene Fahrzeuge sind nur ein Beispiel für eine Technologie, die von kurzen Rapid-Prototyping-Zyklen, erschwinglichen maßstabsgetreuen Modellen und On-Demand-Lösungen in Industriequalität für Ersatzteile und Vorrichtungen profitiert.

Aufgrund der Möglichkeiten, die die großformatige additive Fertigung bietet, wie die industriellen 3D-Drucker von BigRep, verfügen innovative Forscher wie Futuro Solare und das Team Sonnenwagen über Ressourcen, die in dieser Größenordnung nie zuvor zugänglich waren. Mit ihnen war eine beschleunigte Forschung im Bereich der integrierten erneuerbaren Energien möglich. Damit kommen wir immer näher an zuverlässige solarbetriebene Fahrzeuge, die neue Maßstäbe in Sachen Umweltschutz und Energieunabhängigkeit auf der ganzen Welt setzen.

Erfahren Sie mehr über Additive Manufacturing

LEITFADEN ZUR INTEGRATION DER GROßFORMATIGEN ADDITIVEN FERTIGUNG

Das 3D-Drucken eines großen Bauteils in einem Stück bedeutet, dass weniger Zeit für die Durchführung mehrerer Druckaufträge oder den Zusammenbau kleinerer Teile aufgewendet werden muss und mehr Zeit dafür verwendet werden kann, diese Bauteile einzusetzen.

3D-GROßFORMATDRUCKER FÜR BILDUNG UND FORSCHUNG

Erfahren Sie, wie die Kingston University, die Helmut-Schmidt-Universität und andere Universitäten BigRep 3D-Drucker für ihren Unterricht und ihre Forschung einsetzen.


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